高考物理一輪復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：導(dǎo)軌單桿模型

《電磁感應(yīng)綜合問題——導(dǎo)軌單桿模型》教學(xué)設(shè)計《電磁感應(yīng)綜合問題——導(dǎo)軌單桿模型》教學(xué)設(shè)計章節(jié)名稱§電磁感應(yīng)綜合問題——導(dǎo)軌單桿模型學(xué)科高三物理課時1課時課型復(fù)習(xí)課教學(xué)背景教材分析本節(jié)課選自高中物理一輪復(fù)習(xí)第十章《電磁感應(yīng)》中《學(xué)科素養(yǎng)提升》板塊。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用歷來是高考的重點、熱點問題，而“導(dǎo)軌單桿”模型則在電磁感應(yīng)綜合問題中頻繁出現(xiàn)，考察運動學(xué)、動力學(xué)、恒定電流、電磁感應(yīng)和能量等知識的綜合運用，在高考題中以選擇題和計算題的形式進(jìn)行命題，考察難度中等偏上。本節(jié)課知識涵蓋面廣，課堂容量較大，需要較強的物理思維能力。為了突破上述難點，本節(jié)課授課時先從原始模型開始引入，通過創(chuàng)設(shè)一系列問題鏈，讓學(xué)生思考討論，總結(jié)出電磁感應(yīng)“導(dǎo)軌單桿”模型的解題思路，進(jìn)而強化電路分析能力和應(yīng)用力學(xué)三大觀點解決物理問題的能力。學(xué)情分析本節(jié)課授課對象是高三學(xué)生，目前一輪復(fù)習(xí)已步入中后期。在此之前，學(xué)生已經(jīng)對電路、磁場、電磁感應(yīng)及力學(xué)三大觀點進(jìn)行了深入復(fù)習(xí)，能較好的掌握對應(yīng)的基本公式及導(dǎo)出公式。但學(xué)生在應(yīng)用公式解決實際問題的能力方面相對較差，對電磁感應(yīng)中電路、動力學(xué)、能量等問題的解題思路不清晰，缺乏對力學(xué)三大觀點的綜合分析訓(xùn)練，因此本節(jié)課的重點在于應(yīng)用力學(xué)三大觀點及電路分析解決“導(dǎo)軌單桿”模型，進(jìn)而總結(jié)出解題思路。物理核心素養(yǎng)分析物理觀念掌握電磁感應(yīng)中運用力學(xué)三大觀點（牛頓觀點、能量觀點、動量觀點）解決問題的分析方法。理解電磁感應(yīng)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。科學(xué)思維1.建構(gòu)“導(dǎo)軌單桿”模型，訓(xùn)練學(xué)生利用模型解決電磁感應(yīng)相關(guān)問題的能力。2.通過思考討論過程，培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)的科學(xué)思維方法?？茖W(xué)探究經(jīng)歷思考討論過程，引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)出解題思路，進(jìn)而能應(yīng)用其進(jìn)行解題?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任1.通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，體會高中物理力學(xué)三大觀點的應(yīng)用，理解物理學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)之美。教學(xué)重點掌握電磁感應(yīng)中運用力學(xué)三大觀點（牛頓觀點、能量觀點、動量觀點）解決問題的分析方法。教學(xué)難點理解電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化情況。教學(xué)方法教師創(chuàng)設(shè)模型，設(shè)置問題鏈，啟發(fā)、引導(dǎo)；學(xué)生進(jìn)行討論、交流教學(xué)用具PPT、習(xí)題教學(xué)思路教學(xué)過程教學(xué)過程教學(xué)過程教學(xué)過程師生活動設(shè)計意圖【導(dǎo)課】1.復(fù)習(xí)鞏固：《電磁感應(yīng)》思維導(dǎo)圖復(fù)習(xí)提問：①感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件？②感應(yīng)電流方向判斷？③感應(yīng)電動勢大小計算？④如何畫出等效電路圖？電源的正負(fù)極？2.高考定位：《電磁感應(yīng)》在高考中的考察情況講述：①主要題型：選擇題、計算題②難度檔次：多為中檔以上難度的題目③命題趨勢：通過“桿＋導(dǎo)軌”模型、“線圈穿過有界磁場”模型，考查電磁感應(yīng)與力學(xué)、電路、能量等知識的綜合應(yīng)用【講授內(nèi)容】原始模型創(chuàng)設(shè)原始模型：兩條間距為l的粗糙平行導(dǎo)軌放置在水平面上，處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，導(dǎo)軌動摩擦因數(shù)為，在導(dǎo)軌上放置一個質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab，導(dǎo)體棒剛開始靜止，t=0時刻閉合開關(guān)，同時對導(dǎo)體棒施加一個恒力F作用，定值電阻阻值為R，導(dǎo)體棒阻值為r。求：(1)導(dǎo)體棒的收尾速度vm？分析導(dǎo)體棒的運動。提問：如何分析導(dǎo)體棒的運動？電流是如何產(chǎn)生的？畫出等效電路圖。RE、r△RE、rE=BlvI=提問：判斷導(dǎo)體棒的運動情況？加速/減速分析什么？加速度怎么變列什么方程？最終分析出導(dǎo)體棒的運動情況。△牛頓：運用牛頓觀點分析導(dǎo)體棒受力情況、運動情況。aF安=BIlaF安FfF聯(lián)立得∝vF安FfF導(dǎo)體棒做加速度減小的加速運動，之后勻速運動。當(dāng)a=0時，速度最大，此時導(dǎo)體棒達(dá)到平衡狀態(tài)?！鷙m已知某時刻瞬時速度v1=2m/s，求該時刻導(dǎo)體棒的加速度a1及安培力的瞬時功率P安1？提問：要求解的是對應(yīng)一個點的運動狀態(tài)還是對應(yīng)一段的運動過程？列什么方程或公式？求某一時刻的加速度和功率，對該時刻列牛頓第二定律和瞬時功率公式?！髋ｎD：→a1已知到達(dá)收尾速度時的總位移x=10m，求通過導(dǎo)體棒橫截面積的電荷量q及電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR？提問：產(chǎn)生的電流是恒定電流嗎？能利用如何求解電荷量及焦耳熱？導(dǎo)體棒的運動不是勻速運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電流不是恒定電流，無法用求解，需用到電路和電磁感應(yīng)相關(guān)公式求電荷量q，用能量觀點求焦耳熱QR?！麟娐罚骸髂芰浚喝魓未知，而已知運動總時間t=6.5s，如何求通過導(dǎo)體棒橫截面積的電荷量q？導(dǎo)體棒的運動不是勻速運動，產(chǎn)生的電流不是恒定電流，已知時間t，想求電荷量q，但無法用運動學(xué)牛頓觀點進(jìn)行求解，進(jìn)而采取動量觀點進(jìn)行求解?！鲃恿浚骸鷔更改條件更改條件：t=0時開關(guān)處于斷開狀態(tài)，t1時刻閉合開關(guān)。分析導(dǎo)體棒的運動情況。小組討論1：這個模型的受力情況與上一個模型有什么區(qū)別？剛開始運動時，導(dǎo)體棒切割了磁感線，但由于回路不閉合，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體棒不會受到安培力；后來閉合開關(guān)之后，導(dǎo)體棒切割了磁感線，回路閉合，能產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體棒受到了安培力，阻礙了導(dǎo)體棒的運動。小組討論2：分析受到安培力之后，導(dǎo)體棒的運動情況。導(dǎo)體棒的運動可能存在幾種情況？剛受到安培力時，導(dǎo)體棒有運動速度，分析導(dǎo)體棒加速還是減速，要看合力的方向。再判斷加速度如何改變，需列出牛頓第二定律。①如果，則合力為零，導(dǎo)體棒處于平衡狀態(tài)，此后做勻速運動。勻速的速度即為上述的收尾速度。若，則做勻速運動。②如果，則合力向右，導(dǎo)體棒之后做加速運動，，做加速度減小的加速運動。這種情況下若，則做加速度減小的加速運動。③如果，則合力向左，導(dǎo)體棒之后做減速運動，，做加速度減小的減速運動。這種情況下若，則做加速度減小的減速運動。模型變形列出導(dǎo)軌單桿模型的變形情況：針對導(dǎo)軌平面：水平面、斜面、豎直面針對磁場：無界磁場、有界磁場、B變化磁場、磁場形狀……總結(jié)解題思路小組討論：根據(jù)原始模型中的（3）（4），總結(jié)出求回路中總焦耳熱的方法。復(fù)習(xí)本章架構(gòu)，為本節(jié)課內(nèi)容做好鋪墊。明確高考定位，強調(diào)模型意義。創(chuàng)設(shè)原始模型，通過設(shè)置問題鏈，引發(fā)學(xué)生思考、討論。運用電路相關(guān)知識及高中物理力學(xué)三大觀點對導(dǎo)軌單桿常規(guī)模型進(jìn)行解題。培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。在教學(xué)過程中順帶提問公式，提高學(xué)生的緊張感。更改已知條件，重新分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象及受力和運動情況，加深對電磁感應(yīng)的理解，強化了牛頓觀點的應(yīng)用?？偨Y(jié)解題思路?！玖?xí)題鞏固】例：如圖所示，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒在恒力F作用下，從靜止開始沿傾角為θ、寬度為l的足夠長的粗糙金屬導(dǎo)軌向上滑，斜面粗糙程度為，整個裝置處于垂直導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。導(dǎo)體棒沿斜導(dǎo)軌向上滑動x時，流過導(dǎo)體棒的電流恰好開始穩(wěn)定，導(dǎo)體棒電阻為R，其他電阻不計，重力加速度為g，求：(1)最終穩(wěn)定時導(dǎo)體棒的速度v；(2)達(dá)到穩(wěn)定速度的過程中通過導(dǎo)體棒的電荷量q；(3)達(dá)到穩(wěn)定速度的過程中導(dǎo)體棒產(chǎn)生的焦耳熱Q?！菊n后作業(yè)】練習(xí)冊P185T例5、P186T例1習(xí)題訓(xùn)練，夯實解題思路。板書設(shè)計§復(fù)習(xí)課：電磁感應(yīng)綜合問題——導(dǎo)軌單桿模型原始模型(1)電路:E=Blv(3)電路:I=∝v牛頓:F安=BIl